(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の接続用の端子に電子部品の電極を半田付けして電気的に接続した状態で前記回路基板と電子部品とを接着剤によって接合することにより、前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装方法であって、
前記接着剤による前記電子部品の回路基板への接着に先立って、酸化膜に対して活性作用を示し水素を含有する官能基を有するカップリング剤を、前記端子を含む回路基板の表面に塗布するカップリング剤塗布工程と、
前記カップリング剤塗布工程後の回路基板を前記官能基による還元作用が促進される温度以上に加熱することにより前記端子の表面に生成された酸化膜を除去する加熱工程と、
前記加熱工程の後、前記回路基板と電子部品との間に前記接着剤を介在させた状態でこの接着剤を硬化させてこの電子部品を基板に接着する接着工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
前記接着剤として熱硬化性樹脂に半田粒子を含有した熱硬化接着剤を用い、
前記接着工程において、前記電子部品を熱圧着ツールによって加熱しながら前記回路基板に対して押圧して熱圧着することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項３】
前記接着剤として熱硬化性樹脂を主成分とする熱硬化接着剤を用い、前記接着工程において、前記電子部品を加熱雰囲気中に保持することにより前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記電子部品を回路基板に固着させることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項４】
前記接着剤として熱硬化性樹脂に半田粒子を含有した熱硬化接着剤を用い、前記接着工程において、前記電子部品を加熱雰囲気中に保持することにより前記半田粒子を溶融固化させて前記電極と端子とを半田接合するとともに、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記電子部品を回路基板に固着させることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【請求項５】
前記接着剤として導電粒子を含む異方性導電接着剤を用い、前記接着工程において、前記電子部品を熱圧着ツールによって加熱しながら前記回路基板に対して押圧して熱圧着することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の端子に電子部品の電極を半田付けして電気的に接続した状態で両者を接合することにより電子部品を回路基板に実装する電子部品実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に電子部品を実装する方法として、回路基板の接続用の端子に電子部品の電極を半田接合して導通させる半田付けが多用されている。回路基板の端子は大気曝露されるため通常は表面に酸化膜が生成した状態となっており、半田接合においては、このような酸化膜を除去するためにフラックスが使用される。このような目的のフラックスとして、熱硬化性樹脂に活性成分を含有させた熱硬化タイプのものが用いられるようになっている（特許文献１，２，３参照）。このような熱硬化タイプのフラックスを用いることにより、半田を溶融させるための加熱過程において熱硬化性樹脂が硬化した樹脂補強部が形成されて、接合強度を向上させることができる。さらに、残留した活性成分は樹脂補強部内に閉じ込められることから、従来型のフラックスを用いた半田接合において残留活性成分を除去するために必要とされた洗浄工程を省略できる可能性があるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７９４８７号公報
【特許文献２】特開２００１−２１９２９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでフラックスに配合される活性成分の種類は一様ではなく、酸化膜除去能力が異なる複数の種類から使用対象に応じて選定して用いられる。この活性成分の選択において、酸化膜除去能力を優先して活性作用の強いものを選定すると半田接合後の洗浄を省略できなくなる場合が生じる。さらに活性作用が強いことから、製品としてのポットライフが短く、保存安定性の低下が避けがたいという難点がある。これに対し、洗浄工程を省略することを優先して活性作用が低い活性成分を選定すると、酸化膜除去能力が不十分で接合対象の電極表面や半田粒子などの酸化膜が十分に除去されず、接合性が低下するという問題が生じる。このように、従来の熱硬化性のフラックスを用いた半田付けによる電子部品実装方法においては、良好な接合性を確保するためにはフラックスに用いられる熱硬化性樹脂中の活性成分を酸化膜除去能力の優れたものを選定する必要があり、このため半田付け後の洗浄工程を必要とするとともに保存安定性の低下が避けがたいという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、接着剤に酸化膜除去能力の高い活性成分を配合することなく、良好な半田接合性を確保することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
回路基板の接続用の端子に電子部品の電極を半田付けして電気的に接続した状態で前記回路基板と電子部品とを接着剤によって接合することにより、前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装方法であって、前記接着剤による前記電子部品の回路基板への接着に先立って、酸化膜に対して活性作用を示し水素を含有する官能基を有するカップリング剤を、前記端子を含む回路基板の表面に塗布するカップリング剤塗布工程と、前記カップリング剤塗布工程後の回路基板を前記官能基による還元作用が促進される温度以上に加熱することにより前記端子の表面に生成された酸化膜を除去する加熱工程と、前記加熱工程の後、前記回路基板と電子部品との間に前記接着剤を介在させた状態でこの接着剤を硬化させてこの電子部品を基板に接着する接着工程とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回路基板と電子部品とを接着剤によって接合する電子部品実装において、接着剤による電子部品の回路基板への接着に先立って、酸化膜に対して活性作用を示し水素を含有する官能基を有するカップリング剤を接続用の端子を含む回路基板の表面に塗布した後、官能基による還元作用が促進される温度以上に加熱することにより、接続用の端子の表面に生成された酸化膜を除去することができ、接着剤に酸化膜除去能力の高い活性成分を配合することなく、良好な半田接合性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の概要を示すフロー図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示す工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示す工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示す工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法を示す工程説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、図１のフローを参照して、電子部品実装方法の概要を説明する。この電子部品実装方法は、回路基板の接続用の端子に電子部品の電極を半田付けして電気的に接続した状態で、回路基板と電子部品とを熱硬化性樹脂を含む接着剤によって接合することにより、電子部品を回路基板に実装するものである。本実施の形態は回路基板としてのリジッド基板に電子部品としてのフレキシブル基板またはＢＧＡ，ＣＳＰなどのバンプ付き部品を実装する例を示している。電子部品の搭載に先立って、予めリジッド基板に官能基を有するシランカップリング剤を塗布し（ＳＴ１）、次いでカップリング剤塗布後のリジッド基板１を加熱処理する（ＳＴ２）ことにより、リジッド基板の接続用の端子の酸化膜および再吸湿による残留水分を除去し、この後にリジッド基板にフレキシブル基板を搭載する電子部品実装（ＳＴ３）を実行するようにしている。
【００１０】
次に、図２を参照して、シランカップリング剤をリジッド基板に塗布するカップリング剤塗布工程について説明する。図２（ａ）に示すように、リジッド基板１の接続面１ａ（表面）には、接続用の端子２が形成されている。端子２は銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成り、図２（ｂ）に示すように、端子２の表面２ａは大気暴露により生成した酸化膜３によって覆われている。またリジッド基板１の表面には、大気曝露中の再吸湿によって残留水分４が付着している。
【００１１】
このような酸化膜３や残留水分４は、電子部品の熱圧着による実装品質を阻害する要因となる。すなわち酸化膜３の存在により、端子２へ電子部品を電気的に接続する際の半田接合性が低下し導通不良を招く。また残留水分４が存在したままの状態で接着剤による熱圧着を行うと、加熱過程において接着剤中に残留水分４が閉じ込められたまま気化することにより生じた気泡が、接着剤の熱硬化後もそのまま空隙部として残留し、電子部品とリジッド基板１とを接着して固着する樹脂補強部の強度低下を招く。
【００１２】
本実施の形態においては、このような酸化膜３や残留水分４を予め除去することを目的として、以下のような処理を行う。すなわち、図１（ｃ）に示すように、まず接着剤による電子部品の回路基板への接着に先立って、シラン化合物（図３（ｂ）に示すシラン化合物５ａ、５ｂ参照）を含む液状のシランカップリング剤５を、リジッド基板１において端子２を含む接続面１ａに、ディスペンサなどの塗布手段によって塗布する。シランカップリング剤５は、アミノ基（−ＮＨ２）（シラン化合物５ａ参照）やメルカプト基（−ＳＨ）（シラン化合物５ｂ参照）など、水素を含有する反応性の官能基を有していることから還元能を有し、酸化膜３に対して活性作用を示す。
【００１３】
シランカップリング剤５が塗布されたリジッド基板１は加熱装置に送られ、図３（ａ）に示すように、リジッド基板１とともにシランカップリング剤５が加熱される。この加熱によってシランカップリング剤５と酸化膜３との接触界面の温度は、官能基による還元作用が促進される温度以上に上昇し、酸化膜３には還元作用が及ぶ。すなわちここでは、シランカップリング剤塗布工程後のリジッド基板１を官能基による還元作用が促進される温度以上に加熱することにより、端子２の表面２ａに生成された酸化膜３を除去する（加熱工程）。この加熱は、リジッド基板１をヒータを内蔵したホットプレート上に載置して、リジッド基板１を介してシランカップリング剤５を加熱する方法や、リジッド基板１を加熱炉内に収容して、シランカップリング剤５を加熱する方法などによって行われる。
【００１４】
この還元作用による酸化膜３の除去について、図３（ｂ）を参照して説明する。前述のようにシラン化合物５ａ、５ｂなど水素を含有する官能基を有するシランカップリング剤５を、リジッド基板１の上面に塗布することにより、シラン化合物５ａ、５ｂは接続面１ａおよび表面２ａに接触する。そして上述のように、官能基による還元作用が加熱によって促進されることにより、酸化膜３が生成された表面２ａに接触したシラン化合物５ａ、５ｂは、アミノ基（−ＮＨ２）、メルカプト基（−ＳＨ）の水素が酸化膜３と反応してこれを還元し、シラン化合物５ａ、５ｂから水素が奪われたシラン化合物５ａ＊、シラン化合物５ｂ＊に変化する。
【００１５】
これにより、端子２の表面２ａに生成された酸化膜３は、この還元反応により消失して除去される。そしてこの加熱によってシランカップリング剤５の液状成分が、接続面１ａに残留した残留水分４（図２（ｂ）参照）とともに蒸散し、これにより、図３（ｃ）に示すように、リジッド基板１において、接続面１ａ、表面２ａから正常な熱圧着を阻害する要因となる残留水分４や酸化膜３が除去される。電子部品の実装は、上述の加熱工程の後の、図３（ｃ）に示す状態のリジッド基板１を対象として行われる。すなわち、ここでは酸化膜３や残留水分４が除去された後のリジッド基板１と実装対象の電子部品との間に接着剤を介在させた状態で、この接着剤を硬化させてこの電子部品をリジッド基板１に接着する（接着工程）。
【００１６】
まず図４を参照して、実装される電子部品がフレキシブル基板７である場合の実装方法について説明する。図４（ａ）に示すように、まず一方側の面に電極８が形成されたフレキシブル基板７を、電極８が下面側の姿勢で熱圧着ツール６によって保持し、次いで表面２ａ上に端子２を覆って樹脂接着剤９が供給されたリジッド基板１上に位置合わせする。樹脂接着剤９は、熱硬化性樹脂９ａに半田粒子９ｂを所定の含有比率（例えば３０〜７５ｗｔ％）で含有させた構成の熱硬化接着剤であり、熱硬化性樹脂９ａを熱硬化させるための硬化剤や、半田粒子９ｂの表面酸化膜を除去するための活性剤などを含んでいる。
【００１７】
この後、図４（ｂ）に示すように、熱圧着ツール６を下降させて、電極８を端子２に対向させた状態で、フレキシブル基板７を樹脂接着剤９を介してリジッド基板１に対して着地させる。そしてフレキシブル基板７をリジッド基板１に対して所定の押圧荷重で押圧しながら、熱圧着ツール６およびフレキシブル基板７を介して樹脂接着剤９を加熱する。これにより、図４（ｃ）に示すように、端子２と電極８とを半田接合して電気的に接続する半田接合部９ｂ＊が形成されるとともに、熱硬化性樹脂９ａが熱硬化してフレキシブル基板７をリジッド基板１に固着する樹脂補強部９ａ＊が形成される。
【００１８】
すなわち図４に示す電子部品実装方法は、接着剤として熱硬化性樹脂９ａに半田粒子９ｂを含有した樹脂接着剤９を用い、接着工程において、フレキシブル基板７を熱圧着ツール６によって加熱しながらリジッド基板１に対して押圧して熱圧着する形態となっている。なお、図４に示す例では、接着剤として上述構成の樹脂接着剤９を用いる例を示したが、接着剤としてニッケル（Ｎｉ）などの導電粒子を熱硬化性樹脂に含有させた異方性導電接着剤を用いるようにしてもよい。この場合にも同様に、接着工程において、フレキシブル基板７を熱圧着ツール６によって加熱しながらリジッド基板１に対して押圧して熱圧着する。
【００１９】
次に図５を参照して、実装される電子部品が下面に電極としての半田バンプ１２が形成されたバンプ付き部品１１である場合の実装方法について説明する。図５（ａ）に示すように、まずバンプ付き部品１１を半田バンプ１２が下面側の姿勢で移載ツール１０によって保持し、次いで接続面１ａ上に端子２を覆って樹脂接着剤１３が供給されたリジッド基板１上に位置合わせする。樹脂接着剤１３は熱硬化性樹脂を主成分とするものであり、熱硬化性樹脂を熱硬化させるための硬化剤や、半田バンプ１２の表面酸化膜を除去するための活性剤などを含んでいる。そしてこの後、熱圧着ツール６を下降させて、半田バンプ１２を樹脂接着剤１３を介して端子２に対して着地させる。
【００２０】
次にバンプ付き部品１１が搭載されたリジッド基板１はリフロー工程に送られ、図５（ｂ）に示すように、所定の温度プロファイルにしたがって加熱雰囲気中に保持される。これにより、半田バンプ１２が溶融するとともに、樹脂接着剤１３の熱硬化反応が進行する。そしてリフロー工程が完了した後には、図５（ｃ）に示すように、半田バンプ１２が溶融固化してバンプ付き部品１１と端子２とを半田接合する半田接合部１２＊が形成されるとともに、樹脂接着剤１３が熱硬化することによって、バンプ付き部品１１の下面とリジッド基板１との間には、半田接合部１２＊を周囲から補強する樹脂補強部１３＊が形成される。
【００２１】
すなわち図５に示す電子部品実装方法は、接着剤として熱硬化性樹脂を主成分とする熱硬化接着剤１３を用い、接着工程においてバンプ付き部品１１を加熱雰囲気中に保持することにより、熱硬化性樹脂を熱硬化させてバンプ付き部品１１をリジッド基板１に固着させる形態となっている。なお、図５に示す例では、接着剤として上述構成の樹脂接着剤１３を用いる例を示したが、接着剤として熱硬化性樹脂に半田粒子を含有した構成の熱硬化接着剤を用いるようにしてもよい。この場合には、接着工程においてバンプ付き部品１１を加熱雰囲気中に保持することにより、熱硬化接着剤中の半田粒子を溶融固化させて半田バンプ１２と端子２とを半田接合するとともに、熱硬化性樹脂を熱硬化させてバンプ付き部品１１をリジッド基板１に固着させる。このような構成の接着剤を用いることにより、バンプ付き部品１１に形成されたバンプが半田以外の金属材質よりなる場合であっても、バンプを端子２に半田接合することができる。
【００２２】
上記説明したように、本実施の形態の電子部品実装方法は、回路基板であるリジッド基板１と電子部品であるフレキシブル基板７やバンプ付き部品１１とを接着剤によって接合する電子部品実装において、接着剤によるフレキシブル基板７やバンプ付き部品１１のリジッド基板１への接着に先立って、酸化膜に対して活性作用を示し水素を含有する官能基を有するシランカップリング剤５を接続用の端子２を含むリジッド基板１の表面に塗布した後、官能基による還元作用が促進される温度以上に加熱するようにしたものである。
【００２３】
これにより、予め端子２の表面に生成された酸化膜３を除去することができ、電子部品の回路基板への接着に際して使用する接着剤に酸化膜除去能力の高い活性成分を配合することなく、良好な半田接合性を確保することができる。したがって、酸化膜除去能力を優先して活性成分を選定した場合に生じる不具合点、すなわち半田接合後の洗浄を必要とすることによる工程コストの上昇や、活性成分が実際の作業開始前から作用することによる保存安定性の低下などを排除することが可能となっている。
【００２４】
なお上記実施の形態においては、酸化膜を除去するために用いられるカップリング剤としてシランカップリング剤を用いる例を示したが、このような目的で用いられるカップリング剤としてはシランカップリング剤に限定されるものではなく、酸化膜に対して活性作用を示し水素を含有する官能基を有するものであれば、チタンカップリング剤など他の種類のものを用いることもできる。また接続用の端子２の形態として、予め半田コートがなされたものを用いる場合にあっても、本発明を適用することができる。この場合には、半田コートの表面の酸化膜がカップリング剤の作用によって除去される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の電子部品実装方法は、接着剤中に酸化膜除去能力の高い活性成分を配合することなく、良好な接合性を確保することができるという効果を有し、リジッド基板などの回路基板にフレキシブル基板などの電子部品を実装する電子部品実装分野において有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  リジッド基板
１ａ  接続面
２  端子
２ａ  表面
３  酸化膜
４  残留水分
５  シランカップリング剤
５ａ、５ｂ  シラン化合物
６  熱圧着ツール
７  フレキシブル基板
８  電極
９、１３  樹脂接着剤
９ａ  熱硬化性樹脂
９ａ＊、１３＊  樹脂補強部
９ｂ  半田粒子
９ｂ＊、１２＊  半田接合部
１１  バンプ付き部品
１２  半田バンプ
１３  樹脂接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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